Polygene Merkmale: Definition, Beispiel & Fakten

Wenn bestimmte Merkmale eines Organismus von vielen Genen bestimmt werden, ist das Merkmal a polygene Eigenschaft. Viele der beobachtbaren Merkmale eines Organismus werden von mehr als einem Gen beeinflusst, und die entsprechenden polygene Vererbung wird komplex.

Nachkommen können erben dominant oder rezessiv Variationen einiger der Gene und die vererbten Gene beeinflussen sich gegenseitig auf unterschiedliche Weise. Einige der Gene werden mehr oder weniger stark exprimiert, und auch Umweltfaktoren können das Merkmal beeinflussen.

Typische Beispiele für polygene Merkmale beim Menschen sind Größe, Augenfarbe und Hautfarbe. Der kombinierte Einfluss der vielen Gene führt zu einem kontinuierliche Variation im Merkmal.

Zum Beispiel kann die Augenfarbe eine beliebige Schattierung von Dunkelbraun über Hellblau bis hin zu etwas Grün sein, da jedes Gen einen variablen Farbanteil beisteuert.

Einfache genetische Interaktionen wurden zuerst von einem österreichischen Mönch vorgeschlagen

Die Merkmale, die Mendel untersuchte, waren meist von einem einzelnen Gen produziert. Zum Beispiel war das Gen für eine rote Blume entweder vorhanden oder nicht vorhanden, und die resultierende Blume wäre entweder rot oder weiß. Basierend auf seinen Studien konstruierte Mendel seine Theorie zur genetischen Vererbung, und seine Arbeit bleibt für einzelne Genmerkmale gültig.

Menschliche Beispiele für Mendelsche Eigenschaften durch ein einzelnes Gen verursacht werden, umfassen die folgenden:

• Farbenblindheit.
• Albinismus.
• Huntington-Krankheit.
• Sichelzellenanämie.
• Mukoviszidose.

Diese Eigenschaften folgen einfachen Vererbungsregeln, aber die meisten menschlichen Eigenschaften werden durch viele Gene verursacht. Diese polygenen Eigenschaften werden auch als bezeichnet kontinuierliche Merkmale. Die Eigenschaften, für die sie verantwortlich sind, variieren ständig und ihre Vererbung wird von vielen Faktoren beeinflusst.

Der Einfluss verschiedener Arten von Genen auf polygene Merkmale ist wichtig, um ihre Funktionsweise zu verstehen. Zu den wichtigsten genetischen Konzepten zur Beschreibung des Einflusses von Genen auf Merkmale beim Menschen gehören die folgenden:

• Dominante versus rezessive Gene: Der Mensch erhält zwei Gensätze, einen von der Mutter und einen vom Vater. Die beiden Versionen desselben Gens heißen Allele. Ein oder zwei dominante Allele zu haben erzeugt das Merkmal für das dominante Gen, während zwei rezessive Allele das rezessive Merkmal erzeugen.
  
• Homozygot vs. heterozygot: Ein Individuum mit zwei dominanten oder zwei rezessiven Allelen ist für dieses Gen homozygot. Individuen mit einem dominanten und einem rezessiven Allel sind heterozygot.
• Kodominanz: Wenn zwei Allele unterschiedlich sind, aber beide dominant sind, werden sie beide im Individuum exprimiert und es treten Merkmale von beiden auf.
• Unvollständige Dominanz: Wenn verschiedene Allele weder vollständig dominant noch vollständig rezessiv sind, werden beide schwach exprimiert und eine Mischung der Merkmale erscheint im Individuum.

Polygenetische Merkmale können aus mehreren verschiedenen Allelen oder aus mehreren Genen resultieren. Die Art der Allele und die Art der Dominanz beeinflussen die Genexpression und die daraus resultierenden polygenen Merkmale.

Wenn beobachtbare Merkmale ständig variieren, wissen Genetiker, dass mehrere Gene die Wurzel des Merkmals sind. Schwieriger ist es, alle Gene aufzuspüren, die ein polygenes Merkmal beeinflussen.

Ein Problem besteht darin, festzustellen, ob ein Merkmal von verschiedenen Genen oder von Allelen desselben Gens beeinflusst wird. Ein Gen kann mehr als zwei Allele haben, und die Muster der Dominanz kann die Expression des Gens beeinflussen.

Allele eines einzelnen Gens finden sich immer an einer bestimmten Stelle oder Ort auf einem Chromosom, aber die Gene, die zum polygenen Merkmal beitragen, könnten überall sein. Einige Gene für ein einzelnes Merkmal können auf einem Chromosom, an verschiedenen Stellen auf demselben Chromosom oder auf verschiedenen Chromosomen eng verknüpft sein. Alle Einflüsse zu finden ist eine Herausforderung.

Phänotypen sind alle beobachtbaren Eigenschaften und Verhaltensweisen eines Organismus. Viele Phänotypen basieren auf polygenen Merkmalen und sind kontinuierlich veränderliche Merkmale. Zum Beispiel zeigt die menschliche Hautfarbe eine kontinuierliche Variation in verschiedenen Tönen und Farben, was auf einen polygenen Ursprung hinweist.

Phänotypen werden oft auch von Umweltfaktoren beeinflusst. In einigen Fällen erfolgt die polygene Variation in kleinen Schritten, aber der Umwelteinfluss gleicht die Schritte aus, um die Variation kontinuierlich erscheinen zu lassen.

Bei der Hautfarbe wird die bereits kontinuierliche Variation durch die Sonneneinstrahlung beeinflusst, die die Hauttöne verdunkelt.

Wenn zwei Individuen die gleichen Gene in Bezug auf bestimmte Merkmale aufweisen, sind viele dieser Eigenschaften gleich, aber einige Phänotypen können sich unterscheiden. Dies gilt insbesondere für Gene, die dazu führen, dass ein Individuum eine bestimmte Krankheit entwickelt. Die Gene kodieren für die Anfälligkeit, aber Umweltfaktoren und andere Gene können eine Rolle bei der Auslösung der Krankheit spielen.

Variable Expressivität bedeutet, dass das in den Genen kodierte Merkmal in Abhängigkeit von anderen Faktoren schwach oder stark exprimiert werden kann. Unvollständige Penetranz bedeutet, dass das Merkmal manchmal überhaupt nicht auftritt. In beiden Fällen beeinflussen Umweltfaktoren oder andere Gene die Expression des für das Merkmal verantwortlichen Gens.

Polygene Merkmale können in unterschiedlicher Intensität exprimiert und durch externe Faktoren beeinflusst werden. Wann unvollständige Dominanz erlaubt das rezessive Gen gepaart mit einem dominanten Gen einen Phänotyp zu beeinflussen, ist eine kontinuierliche Variation des beobachteten Merkmals möglich.

Beispiele für menschliche polygene Merkmale mit kontinuierlicher Variation sind die folgenden:

• Höhe: Die ständige Variation der menschlichen Körpergröße ist auf den Einfluss einer großen Anzahl von Genen, eine unvollständige Dominanz einiger Gene und Umweltfaktoren wie die Ernährung zurückzuführen.
  
• Augenfarbe: Farb- und Farbabweichungen werden hauptsächlich durch zwei Gene bestimmt, aber durch eine Reihe anderer Gene beeinflusst.
• Haarfarbe: Der ständige Wechsel von hell zu dunkel wird von vielen Genen, aber auch von Umweltfaktoren wie der Sonneneinstrahlung beeinflusst.

Polygene Merkmale in Pflanzen weisen eine ähnliche kontinuierliche Variation auf, aber auch bei einzelnen Genen ist eine unvollständige Dominanz möglich. Zum Beispiel wird die Farbe von Weizenkörnern durch ein Gen bestimmt, das ein dominantes Allel für Rot gegenüber einem rezessiven Allel für Weiß aufweist.

Da heterozygote Weizenkörner eine unvollständige Dominanz im Farbgen aufweisen, können Körner auch verschiedene Rosatöne aufweisen.

Gene von a Genotyp werden ausgedrückt, um bestimmte Merkmale im Organismus zu erzeugen, aber wie diese Merkmale erscheinen, hängt oft von Umweltfaktoren einschließlich des Verhaltens des Organismus ab. Genotypen können a Anfälligkeit für eine bestimmte Krankheit, aber ob eine Person die Krankheitssymptome zeigt, hängt von anderen Faktoren ab.

Beispielsweise, Phenylketonurie oder PKU ist eine genetische Erkrankung, die dazu führt, dass ein Individuum die Aminosäure nicht verstoffwechseln kann Phenylalanin. Die Aminosäure reichert sich im Körper zu toxischen Mengen an und verursacht geistige und körperliche Behinderungen.

Die Behandlung umfasst eine Diät mit begrenzten Mengen an Phenylalanin. Personen, die diese Diät einhalten, werden die Symptome nicht entwickeln und ihr Phänotyp beinhaltet keinen äußeren Ausdruck der Krankheit.

Ein Gen kann unter bestimmten Umweltbedingungen einen bestimmten Phänotyp verursachen, aber wenn die Bedingungen fehlen, wird der Phänotyp nicht erscheinen.

Zum Beispiel ist die Fellfarbe von Siamkatzen dunkel, wenn die Hauttemperatur kühl ist, aber weiß, wenn die Hauttemperatur warm ist. Dies führt zu den dunkel gefärbten Extremitäten der Katzen, wo die Hauttemperatur für Ohren und Pfoten kühler ist. In einem warmen Klima ist die Hauttemperatur insgesamt höher und das Fell der Katze heller.

Während Mendels Hypothese immer noch für die einfache Genetik gilt, lässt sich die Vielfalt der beobachtbaren Merkmale nur durch die Wechselwirkungen von nicht-Mendelsche Vererbung. Die komplexen Einflüsse polygener Merkmale erzeugen die kontinuierlichen Variationen der Eigenschaften in fortgeschrittenen Organismen.

Zusammen mit Umweltfaktoren sind sie für das breite Spektrum der beobachteten Phänotypen verantwortlich.